机床组焊接制造过程工艺碳排放研究

山东省威海职业学院 刘红军

机床组焊接制造过程工艺碳排放研究

山东省威海职业学院 刘红军

实现机床组焊接制造过程的低碳排放是构建低碳制造业的必然手段，机床组焊接制造过程涉及的加工工艺比较多，碳排放比较大，因此必须要对其进行分析量化。本文通过对机床组焊接制造过程涉及的工艺的碳排放特性进行分析，提出优化工艺过程、降低碳排放的对策。

机床组；焊接制造；碳排放

随着环境污染程度的日益加剧，发展低碳经济成为当前经济新常态的重要内容，机床组焊接制造过程涉及的工艺比较多，产生的碳排放比较大，因此加强对机床组焊接制造过程工艺碳排放的研究对于实现低碳制造具有重要的意义。

1 机床组焊接制造过程碳排放的种类

机床组焊接制造过程主要涉及的工艺有焊接、切割、喷涂、时效去应力及机床加工等，不同的焊接制造工艺会产生不同的碳排放，根据机床组焊接制造过程碳产生的种类进行分析，其主要分为：一是按照碳排放的来源可以分为物料碳排放和能源碳排放；二是按照生产过程分类可以分为直接碳排放和间接碳排放，具体见图1。

图1 碳排放分类

2 机床组焊接制造过程碳排放特性分析

从上述可知在机床组焊接制造过程中涉及的工艺比较多，因此在分析碳排放时也需要根据不同的加工工艺进行分析。

2.1 切割工艺的碳排放

切割工艺是焊接中应用比较多的工艺，也是碳排放比较多的环节，尤其是火焰切割工艺产生的碳污染比较严重。火焰切割主要是利用氧气和可燃性气体的燃烧产生高温实现切割，其在切割的过程中会产生直接碳污染和间接碳污染物，见图2。

图2 切割工艺碳排放

2.2 焊接工艺碳排放特性

焊接是机床组焊接制造的重要工艺，据不完全统计焊接所消耗的钢材量占到钢材消耗总量的68%左右，在焊接过程中会产生大量的碳污染物，而且不同形式的焊接工艺会产生不同量的碳污染物。焊接工艺主要是以消耗电能、焊丝以及二氧化碳保护气，因此其产生直接和间接碳排放物。一般影响碳排放的污染物产生的因素比较多，比如送丝速度、焊接时间、焊接电流等都会影响碳排污物量的产生。具体就是焊接电流越小，产生的碳污染物就会越少，送丝速度越快，碳排放也就越小。

2.3 时效去应力碳排放特性

由于机床组焊接主要是由钢板焊接形成的，因此在焊接之后必然会存在残余应力，采取有效的措施消除工件残余应力是增强工件强度的重要举措。一般我们消除残余应力的措施主要包括人工去除和自然去除。自然去除就是利用自然因素让其自动去除。而人工去除则是采取特殊的处理方式实现消除残余应力。在实践中退火去应力工艺比较广泛，但是其在实施过程中会消耗一定的能源，产生大量的碳污染物。

2.4 机床加工工艺碳排放特性

机床加工主要是对机床设备的精确加工，具体包括车削、钻削、磨削以及刨削等，在机床加工中由于人们忽视环境因素，结果导致环境污染严重，可以说在机床加工过程中的每个环节都会产生大量的碳污染物，其不仅包括电能消耗、物质消耗，而且还包括大气污染、水资源污染等，因此机床加工过程中的各种因素也会影响碳排放。

3 优化机床组焊接工艺，降低碳排放的措施

3.1 提高机床组焊接技术

降低焊接组制造过程碳排污产生的根本措施就是提高焊接技术，大力发展绿色焊接技术。一方面我国要加大对焊接技术的研发力度，提高焊接技术向绿色、节能方向发展。例如我国将焊接技术创新发展作为机械制造战略的重要内容之一，提出加快应用清洁高效铸造、锻压、焊接、表面处理、切削等加工工艺，实现绿色生产；另一方面我国也要大力培养具有高端焊接技术研发队伍，鼓励高校科研人员投入新技术、新工艺的研发中，以此提高我国焊接的技术。另外我国也要积极引进国外先进技术，促进我国焊接技术的发展。

3.2 优化机床组焊接工艺

采取合理的焊接工艺对降低碳排放具有重要的意义，因此在机床组焊接制造过程中，需要制定科学的加工方案，本着节能、环保的原则，对加工工艺进行优化，选择最科学的加工工序。例如在切割过程中切割的速度、切割面积等因素都会影响到碳排放量的大小，例如切割速度越快，产生的碳污染物也就越少，这是因为切割速度的增加会缩减切割的时间，从而降低碳污染产生的时间周期，实现低碳切割。另外切割过程中的切割氧压力也会影响碳排放效果，切割氧压力越大，切割面就会越宽，切割速度就会越低，进而碳排放的量就会越大。

3.3 提高焊接自动化技术

通过自动化技术能够对机床焊接中的工艺等进行精细化控制，实现了在提高生产效率、降低制造成本的同时，做到环境保护、清洁加工。同时还要对焊接制造过程的碳排放量进行计算，以此确定具体的工艺。

总之机床组焊件制造过程碳排放源主要来自于：板材获取、坡口加工、焊接、时效去应力、喷涂、机加工六个工序，因此要加强对该工序焊接制造的碳排放研究与控制，从而为实现我国低碳经济发展目标做出贡献。

［1］周亚兰，龚本刚，张孝琪.基于GRNN网络的汽车生产过程中能源消耗的碳排放计算与分析［J］.巢湖学院学报，2014（05）.

［2］罗毅，曹华军，李洪丞，程海琴.CO2气体保护焊工艺碳排放建模与参数优化［J］.中国机械工程，2013（09）.

［3］袁国锋，王效岗，刘建龙.双枪纵缝数控焊接机床设计［J］.制造技术与机床，2015（10）.